BE1025164B1 - Elektronische printplaat en werkwijze om die te maken - Google Patents

Abstract

Elektronische printplaat, omvattende een substraat omvattende een basislaag en een keramische invoeging afgezet in de basislaag, waarbij de basislaag is gemaakt van een epoxy- en glasvezelmateriaal; en een elektrisch spoor afgezet op een oppervlak van de basislaag en de keramische invoeging, alsook een werkwijze voor het vervaardigen van een elektronische printplaat, omvattende: het invoegen van een keramische invoeging in een matrijs; het injecteren van een epoxy- en glasvezelmengeling in de matrijs om een substraat te vormen, waarbij het substraat een basislaag vervaardigd van de epoxy- en glasvezelmengeling en de keramische invoeging omvat; en het vormen van een elektrisch spoor over de keramische invoeging en de basislaag.

Description

Elektronische printplaat en werkwijze om die te maken

Vakgebied [0001] De voorliggende aanvrage heeft algemeen betrekking op elektronische printplaten, en in het bijzonder, op multimateriaal elektronische printplaten en werkwijzen om die te maken.

Achtergrond [0002] Elektronische printplaten kunnen gebruikt worden in verschillende elektronische modules, zoals verlichtingsmodules (bijvoorbeeld automobielvoertuigkoplampen en -achterlichten, enz.). Typisch kunnen deze elektronische printplaten een kern hebben die gemaakt is van epoxy en glasvezel (bijvoorbeeld FR4, FR5, G10, CEM3, enz.), of metaal (bijvoorbeeld aluminium, koper, enz.), of een keramisch materiaal (bijvoorbeeld A1₂O₃, A1N, enz.).

[0003] Algemeen gesproken hebben printplaten in epoxy en glasvezel een lage thermische geleidbaarheid en zijn bijgevolg typisch niet geschikt voor gebruik met warmtegenererende componenten, zoals halfgeleiderapparaten (bijvoorbeeld LED’s, enz.). Printplaten met metalen kern zijn gecompliceerd en duur om te vervaardigen vooral wanneer een multilaagconstructie nodig is en hebben hogere uitzettingscoëfficiënten. Bijgevolg zijn printplaten met metalen kern typisch niet geschikt voor automobiel- en andere verlichtingsmodules met gecompliceerde elektrische schakelingen en verhogen deze daarenboven het risico op soldeerscheuren waar LED’s (typisch kleine uitzettingscoëfficiënt) gebruikt worden. Keramische printplaten zijn broos en onderhevig aan breken of scheuren. Bovendien zijn volledig keramische printplaten duur om te produceren.

[0004] Er is daarom nood aan een verbeterde printplaat en een werkwijze om die te maken die één of meerdere van de hierboven aangestipte tekortkomingen geassocieerd met conventionele elektronische printplaten aanpakt.

Samenvatting van de uitvinding [0005] Eén aspect heeft betrekking op een elektronische printplaat met een substraat en een elektrisch spoor. Het substraat omvat een basislaag gemaakt van een epoxy met glasvezel en een keramische invoeging afgezet in de basislaag. Het elektrische spoor omvat een eerste uiteinde afgezet op de basislaag en een tweede uiteinde afgezet op de keramische invoeging. De keramische invoeging heeft typisch een oppervlakte die kleiner is dan de oppervlakte van de basislaag. Het tweede uiteinde van het elektrische spoor is ingericht om een elektrische component te ontvangen

BE2017/5380 zodanig dat de keramische invoeging in hoofdzaak een kleiner gedeelte van de elektronische component omgeeft.

[0006] Een ander aspect heeft betrekking op een werkwijze voor het maken van een elektronische printplaat. De werkwijze omvat het apart produceren van één of meerdere keramische invoegingen. De werkwijze omvat bovendien het inbrengen van één of meerdere van de keramische invoegingen in een matrijs, zoals een injectiematrijs. De werkwijze omvat bovendien het injecteren van een epoxy- en glasvezelmengeling in de matrijs rond de keramische invoegingen. De geïnjecteerde mengeling laat men afkoelen om een substraat te vormen. Eén of meerdere elektrische sporen en/of elektrische plaatjes worden gevormd op een oppervlak van het substraat.

Korte beschrijving van de tekeningen [0007] FIG. 1 is een schematische voorstelling van twee elektronische printplaten volgens twee implementaties.

[0008] FIG. 2 is een andere schematische voorstelling van twee elektronische printplaten volgens twee andere implementaties.

Gedetailleerde beschrijving [0009] Volgens verscheidene aspecten en implementaties van de voorliggende openbaring, omvat een elektronische printplaat een basislaag gemaakt van een epoxy- en glasvezelmateriaal, en één of meerdere keramische plaatjes (bijvoorbeeld invoegingen, enz.) afgezet in de basislaag om een enkelvoudig substraat te definiëren. Een elektrisch spoor is afgezet tussen de basislaag en de één of meerdere keramische plaatjes om een elektronische component te connecteren met één of meerdere schakelingen op de printplaat. Eén of meerdere warmtegenererende elektronische componenten, zoals een vermogens-LED, kunnen gekoppeld worden met een uiteinde van het spoor gesitueerd op het keramische plaatje. Op deze wijze wordt ten minste een kleiner gedeelte van de elektronische component in hoofdzaak omgeven door het keramische plaatje, zodanig dat het meer thermisch geleidende plaatje warmte-energie van de elektronische component kan absorberen tijdens bedrijf, in plaats van de minder thermisch geleidende basislaag, zodoende de prestatie en de nuttige levensduur van deze elektronische component verbeterend. Bovendien is de basislaag gemaakt van een materiaal dat minder duur is om te produceren, vergeleken met het keramische plaatje, zodat de algemene kost van de printplaat lager is.

[0010] Bovendien kan een elektronische component met een lage thermische uitzettingscoëfficiënt gekoppeld worden op het keramische plaatje gebruikmakend van, bijvoorbeeld, soldeerpasta. Op

BE2017/5380 deze wijze is de elektronische component in hoofdzaak omgeven door het keramische plaatje, dat een thermische uitzettingscoëfficiënt heeft die lager is dan de thermische uitzettingscoëfficiënt van de basislaag, om zo de waarschijnlijkheid te minimaliseren dat de soldeerpasta scheurt door thermische uitzetting gedurende bedrijf van de elektronische component.

[0011] De printplaten die hierin zijn beschreven hebben tevens een grotere mate van mechanische flexibiliteit, vergeleken met conventionele, volledig keramische printplaten, aangezien de keramische plaatjes afgezet zijn op discrete locaties in de basislaag, zodanig dat de meer flexibele basislaag de meer stugge keramische plaatjes omgeeft. In sommige implementaties is de basislaag gemaakt van een flexibel epoxy- en glasvezelmateriaal om elastische vervorming van de printplaat toe te laten zonder het risico dat de plaat scheurt of breekt, vergeleken met conventionele, volledig keramische printplaten.

[0012] De printplaten die hierin zijn beschreven kunnen worden gebruikt in verscheidene elektronische modules met vermogenshalfgeleiders. Bijvoorbeeld kan een vermogenshalfgeleider (bijvoorbeeld LED, vermogens-FET, vermogens-BJT, enz.) gekoppeld worden met het keramische plaatje voor betere thermische geleidbaarheid gedurende bedrijf, en een halfgeleiderapparaat met een lager vermogen (bijvoorbeeld een elektronische aandrijving, digitale schakelingen, enz.) kunnen gekoppeld worden met de basislaag gemaakt van het epoxy- en glasvezelmateriaal, dat enkel- of meerlagig kan zijn, volgens verscheidene implementaties.

[0013] Verwijzend naar FIG. 1, wordt een printplaat 10a getoond in het linkse aanzicht volgens één implementatie. De printplaat 10a omvat een substraat met een basislaag 12a (bijvoorbeeld basis, primaire laag, enz.) en een keramisch plaatje 14a (bijvoorbeeld invoeging, secundaire laag, enz.). Het keramische plaatje 14a en de basislaag 12a definiëren een enkelvoudig substraat. In één implementatie is het keramische plaatje 14a inzetgevormd in de basislaag 12a. Het keramische plaatje 14a heeft een oppervlakte die kleiner is dan de oppervlakte van de basislaag 12a, zodanig dat de basislaag 12a in hoofdzaak een buitenste omtrek van het keramische plaatje 14a omgeeft. Op deze wijze is het substraat structureel flexibeler vergeleken met volledig keramische printplaten. Het keramische plaatje 14a is ingericht om een LED op te nemen voor het direct koppelen van een LED met het keramische plaatje, zodat er geen nood meer is aan een bijkomend substraat of connector voor het elektronisch connecteren van de LED met een elektronische schakeling.

[0014] Volgens sommige implementaties is de basislaag 12a gemaakt van een epoxy- en glasvezelmateriaal. De basislaag 12a heeft algemeen een hogere thermische uitzettingscoëfficiënt

BE2017/5380 en een hogere elasticiteitsmodulus vergeleken met het keramische plaatje 14a. Volgens sommige implementaties is het keramische plaatje 14a gemaakt van keramisch materiaal geschikt voor gebruik in een elektronische omgeving. Volgens sommige implementaties omvat het keramische plaatje 14a een enkele laag. Volgens andere implementaties omvat het keramische plaatje 14a meerdere lagen. Het keramische plaatje 14a heeft een algemeen rechthoekige vorm volgens één implementatie, maar men zal begrijpen dat het keramische plaatje 14a andere vormen kan hebben, volgens andere implementaties (bijvoorbeeld cirkelvormig, vierkantig, achthoekvormig, enz.).

[0015] Nog steeds verwijzend naar FIG. 1, omvat de printplaat 10a bovendien meerdere elektrische sporen 18a die elk elektrische plaatjes 16a omvatten afgezet bij elk uiteinde van het spoor. Zoals getoond in FIG. 1, zijn de elektrische sporen 18a gekoppeld (bijvoorbeeld geconnecteerd, afgezet, enz.) tussen de basislaag 12a en het keramische plaatje 14a. Volgens sommige implementaties is het elektrische spoor 18a afgezet op het substraat gebruikmakend van dunnefilm- of dikkefilmtechnologie (bijvoorbeeld schermprinten, enz.). Elk elektrisch spoor omvat twee plaatjes 16a, volgens één implementatie. Een eerste plaatje is afgezet op de basislaag 12a en het andere plaatje is afgezet op het keramische plaatje 14a. Elk van de elektrische plaatjes 16a is ingericht om daarop een elektronische component op te nemen, zoals een vermogens-LED of andere elektronische component. De elektronische sporen 18a en plaatjes 16a kunnen, voordeligerwijze, toelaten dat een elektronische component die is afgezet op het keramische plaatje 14a elektronisch geconnecteerd wordt met andere elektronische componenten en/of elektrische schakelingen afgezet op de basislaag 12a, zodat er geen nood meer is aan bijkomstige platen of connectoren of kabels. In sommige implementaties kunnen de elektrische sporen 18a direct geconnecteerd worden met meerlagige of enkellagige schakelingen op de basislaag 12a. Door een groter aantal elektrische schakelingen op een enkel substraat te hebben, kan het aantal elektrische connecties dat vereist zou zijn tussen meerdere printplaten verminderd worden, hetgeen op zijn beurt de betrouwbaarheid verhoogt, en de assemblagetijd en algemene kost verkleint.

[0016] Verwijzend naar het rechtse aanzicht van FIG. 1, wordt een elektronische printplaat 10b getoond volgens een andere implementatie. In deze implementatie omvat de elektronische printplaat 10b een enkelvoudig keramisch plaatje 14b. Het keramisch plaatje 14b is algemeen cirkelvormig en is omgeven door de basislaag 12b, die eveneens algemeen cirkelvormig is, volgens één implementatie. Een elektrisch spoor 18b is gekoppeld (bijvoorbeeld geconnecteerd, afgezet, enz.) tussen de basislaag 12b en het keramische plaatje 14b. Het elektrisch spoor 18b omvat eerste en tweede plaatjes 18b afgezet op respectievelijk het keramische plaatje 14b en de basislaag 12b. In sommige implementaties kan het elektrisch spoor 18b direct geconnecteerd worden met meerlagige of enkellagige schakelingen op de basislaag 22b.

BE2017/5380 [0017] Verwijzend naar het linkse aanzicht van FIG. 2, wordt een elektronische printplaat 20a getoond volgens een andere implementatie. In deze implementatie omvat de printplaat 20a meerdere keramische plaatjes 24a afgezet in een roosterachtig patroon op een basislaag 22a, hoewel men zal inzien dat de keramische plaatjes 24a afgezet kunnen worden in andere patronen of formaties op de basislaag 22a, volgens andere implementaties. Volgens de getoonde implementatie zijn de keramische plaatjes 24a apart van elkaar gespatieerd op discrete locaties in de basislaag 22a. Een buitenste omtrek van elk van de keramische plaatjes 24a is omgeven door de basislaag 22a. Meerdere elektrische sporen 28a zijn gekoppeld tussen de keramische plaatjes 24a en/of de basislaag 22a. Volgens de getoonde implementatie is één van de elektrische sporen 28a gekoppeld tussen een paar keramische plaatjes 24a. Het elektrisch spoor 28a omvat een paar elektrische plaatjes 26a respectievelijk afgezet op het paar keramische plaatjes 24a. Op deze wijze kan een paar elektronische componenten elektrisch samengekoppeld worden via de elektrische plaatjes 26a en het elektrische spoor 28a. De elektronische componenten afgezet op de keramische plaatjes 24a zullen in hoofdzaak omgeven zijn door het keramische materiaal om, bijvoorbeeld, warmte-energie te absorberen en/of een montageoppervlak voor de elektronische component te bieden met een lage thermische uitzetting. Het andere elektrische spoor 28a is gekoppeld tussen een keramisch plaatje 24a en een gedeelte van de basislaag 22a. Op deze wijze kunnen één of meerdere elektronische componenten af gezet op het keramische plaatje 24a elektrisch met andere elektronische componenten en/of elektrische schakelingen op de basislaag 22a geconnecteerd worden. In sommige implementaties kunnen de elektrische sporen 28a direct geconnecteerd worden met meerlagige of enkellagige schakelingen op de basislaag 22a.

[0018] Het rechtse aanzicht van FIG. 2 illustreert een elektronische printplaat 20b volgens een andere implementatie. In deze implementatie omvat het substraat een basislaag 22b die algemeen cirkelvormig is en meerdere keramische plaatjes 24b afgezet in een concentrisch patroon op de basislaag 22b, volgens één implementatie. Elk van de keramische plaatjes 24b is algemeen cirkelvormig, en is apart van de andere gespatieerd zodanig dat de basislaag 22b in hoofdzaak een omtrek omgeeft van elk van de keramische plaatjes 24b. De keramische plaatjes 24b zijn elk ingericht om een elektrisch spoor erop op te nemen, zoals elektrisch spoor 28b dat zoals getoond gekoppeld is tussen een keramisch plaatje 24b en een gedeelte van de basislaag 22b. Het elektrisch spoor 28b omvat een paar elektrische plaatjes 26b afgezet op respectievelijk het keramische plaatje 24b en de basislaag 22b. De elektrische plaatjes 26b zijn elk ingericht om een elektronische component erop op te nemen. In sommige implementaties kan het elektrisch spoor 28b direct met één of meerdere meerlagige of enkellagige schakelingen op de basislaag 22b geconnecteerd zijn.

BE2017/5380 [0019] Volgens een ander aspect van voorliggende openbaring is een werkwijze voor het maken van een elektronische printplaat, zoals de printplaten 10a, 10b, 20a, 20b, hierin geopenbaard. De werkwijze omvat het apart vervaardigen of produceren van één of meerdere keramische plaatjes, zoals keramische plaatjes 14a, 14b, 24a, of 24b getoond in FIGN. 1-2. De werkwijze omvat bovendien het invoegen van de één of meerdere van de keramische plaatjes in een matrijs, zoals een injectiematrijs. Volgens één implementatie wordt een epoxy- en glasvezelmengeling geïnjecteerd in de matrijs rond de keramische plaatjes. De geïnjecteerde mengeling laat men koelen om een substraat te vormen. Eén of meerdere elektrische sporen en/of elektrische plaatjes kunnen worden aangebracht op een oppervlak van het keramische plaatje en een oppervlak van de basislaag, bijvoorbeeld door gebruik te maken van een dikkefilmtechnologie (bijvoorbeeld schermprinten) of dunnefilmtechnologie, volgens verschillende implementaties. In sommige implementaties kan een dunne metaallaag worden toegevoegd op een bovenoppervlak van het substraat en geëtst worden gebruikmakend van lithografische technieken die bekend zijn voor de vakman in het domein om de gewenste elektrische sporen te definiëren.

[0020] De elektronische printplaten die hierin zijn geopenbaard kunnen worden gebruikt in een verscheidenheid aan toepassingen, zoals in vermogens-LED-modules voor gebruik in professionele verlichtingstoepassingen (bijvoorbeeld binnenshuis en buitenshuis), entertainment, automobielverlichtingstoepassingen, militaire toepassingen, ruimte- en luchtvaarttoepassingen, industriële toepassingen, zware machine toepassingen, medische en levens wetenschappelijke toepassingen, en dergelijke meer. De elektronische printplaten kunnen ook gebruikt worden in andere types van modules en toepassingen, zoals in een matrix-LED-module met volledigeaandrijvingselektronica, een langeafstandsantenne elektronische module, elektronische schakelingen gebruikt in omgevingen met grote temperatuurschommelingen waar Bluetooth, radiofrequentie, NFC of andere micro-elektronica aanwezig zijn, en elektronische modules voor zonnetoepassingen.

[0021] Ofschoon deze specificatie veel specifieke implementatiedetails bevat, moeten deze niet worden uitgelegd als beperkingen op de omvang van enige uitvindingen of van wat geclaimd mag worden, maar veeleer als beschrijvingen van kenmerken die specifiek zijn voor bijzondere implementaties van bijzondere uitvindingen. Bepaalde kenmerken die beschreven zijn in deze specificatie in de context van aparte implementaties kunnen ook worden geïmplementeerd in combinatie in een enkele implementatie. Omgekeerd kunnen verschillende kenmerken die beschreven zijn in de context van een enkele implementatie ook geïmplementeerd worden in meerdere implementaties apart of in eender welke geschikte subcombinatie. Bovendien, ofschoon kenmerken hierboven kunnen zijn beschreven als actief zijnde in bepaalde combinaties en zelfs

BE2017/5380 initieel zo in de conclusies kunnen staan, kunnen één of meerdere kenmerken van een geclaimde combinatie in sommige gevallen weggelaten worden uit de combinatie, en de geclaimde combinatie kan worden gestuurd naar een subcombinatie of een variatie van een subcombinatie.

[0022] Verwijzingen naar “of’ kunnen worden uitgelegd als inclusief, zodat termen die beschreven zijn gebruikmakend van “of’ eender welke van een enkele, meer dan één, en alle van de beschreven termen kunnen aangeven. De labels “eerste”, “tweede”, “derde”, enzovoort, zijn niet noodzakelijk bedoeld om een volgorde aan te geven en zijn algemeen slechts gebruikt om te onderscheiden tussen gelijkaardige elementen.

[0023] Nu bepaalde implementaties zijn beschreven zal het duidelijk worden voor de vakman in het technische domein dat andere implementaties die de concepten van de openbaring integreren ook gebruikt kunnen worden. Bijgevolg dient de openbaring niet te worden beperkt tot bepaalde implementaties, maar dient zij veeleer slechts te worden beperkt door het wezen en de omvang van 15 de hiernavolgende conclusies.

Claims (4)

1. Conclusies

   1. Elektronische printplaat, omvattende:

   een substraat omvattende een basislaag en een keramische invoeging afgezet in de basislaag, waarbij de basislaag is gemaakt van een epoxy- en glasvezelmateriaal; en een elektrisch spoor afgezet op een oppervlak van de basislaag en de keramische invoeging.
2. 2. Elektronische printplaat volgens conclusie 1, bovendien omvattende een lichtemitterende diode gekoppeld met de keramische invoeging en het elektrisch spoor.
3. 3. Werkwijze voor het vervaardigen van een elektronische printplaat, omvattende:

   het in voegen van een keramische invoeging in een matrijs;

   het injecteren van een epoxy- en glasvezelmengeling in de matrijs om een substraat te vormen, waarbij het substraat een basislaag vervaardigd van de epoxy- en glasvezelmengeling en de keramische invoeging omvat; en het vormen van een elektrisch spoor over de keramische invoeging en de basislaag.
4. 4. Werkwijze volgens conclusie 3, bovendien omvattende het koppelen van een lichtemitterende diode met de keramische invoeging en het elektrisch spoor.